京沈項目隧道施工機械化配套設(shè)備的創(chuàng)新與應(yīng)用

1、 中交隧道局第一工程公司京沈項目三棱山隧道施工機械化配套設(shè)備的創(chuàng)新與應(yīng)用第一工程公司京沈客專項目經(jīng)理部2015年7月17日讓 世 界 更 暢 通一、項目概況二、機械化配套設(shè)備應(yīng)用情況三、幾點體會四、結(jié)束語京沈客運專線設(shè)計時速350km/h，是中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2008年調(diào)整）“四縱四橫”客運專線主骨架的重要組成部分。開通后將是進出關(guān)鐵路運輸重要的快速客運通道。一公司承建的京沈客專遼寧段TJ-1標全長10.061公里，合同額6.8億元。三棱山隧道是本標段控制性工程。隧道全長8888米，按進口、出口、斜井三個工區(qū)設(shè)置，四個工作面組織施工。2014年3月5日進場施工，2014年5月6日正式進洞。項目

2、上場以來，局及公司領(lǐng)導(dǎo)多次蒞臨項目指導(dǎo)幫扶，要求三棱山隧道做好大型機械化隧道施工試點，加大創(chuàng)新應(yīng)用力度，形成機械化施工成套成果，為今后隧道機械化施工積累經(jīng)驗。項目部對隧道機械化裝備配套施工不斷嘗試，對超前地質(zhì)預(yù)報作業(yè)線、開挖作業(yè)線、噴錨作業(yè)線、仰拱作業(yè)線、防排水作業(yè)線、襯砌混凝土六條作業(yè)線進行了機械化裝備施工改造與創(chuàng)新，投入了超前水平鉆機、三臂鑿巖臺車、濕噴機械手、自行式仰拱棧橋、超聲波熱熔焊機、止水帶焊接機、襯砌模板臺車等設(shè)備，改進創(chuàng)新了仰拱桁架、全液壓防水板鋪掛平臺、仰拱鋼端模、二襯鋼端模等工裝。先后接待了上海鐵路局、浙江省監(jiān)督站、鐵路總公司鑒定中心、鐵三院等單位領(lǐng)導(dǎo)的參觀考察，機械化施工

3、已經(jīng)成為本項目招牌和亮點，在鐵路隧道施工領(lǐng)域越來越引起關(guān)注，受到了各單位的高度評價！2015年6月12日，鐵路總公司質(zhì)監(jiān)總站檢查組蒞臨三棱山隧道進口檢查指導(dǎo)工作，對項目隧道機械化裝備應(yīng)用予以高度評價，認為“在三棱山隧道看到一些隧道現(xiàn)代化施工的氣息”。（一）超前地質(zhì)預(yù)報作業(yè)線（二）開挖作業(yè)線（三）噴錨作業(yè)線（四）仰拱作業(yè)線（五）防排水作業(yè)線（六）襯砌混凝土作業(yè)線超前地質(zhì)預(yù)報及超前大管棚作業(yè)投入一臺意大利卡薩格蘭地C6型多功能鉆機。該機械為目前世界上最先進的多功能鉆機，能進行快速鉆孔、超前鉆孔作業(yè)并自動記錄。使用C6 鉆機一次水平鉆孔深度可達150m。鉆進方式為旋轉(zhuǎn)、沖擊，有液壓頂驅(qū)和潛孔錘沖擊兩

4、種方法，可根據(jù)圍巖硬度不同任意轉(zhuǎn)換。對圍巖硬度在40Mpa以下的可采用液壓頂驅(qū)的方法，對圍巖硬度在80Mpa 以上的采用潛孔錘沖擊方法效果更好、鉆具消耗少。對圍巖硬度在40-80Mpa之間的，可任意選擇一種方法，但使用潛孔錘沖擊速度更快、成本更低。使用潛孔錘沖擊，鉆進速度為20-30m/h，使用液壓頂驅(qū)鉆進速度為10-20 m/h。國產(chǎn)地質(zhì)鉆機鉆進方式為旋轉(zhuǎn)研磨，不具備沖擊功能，鉆進效率低，一般為1-1.5m/h。因為扭矩大、轉(zhuǎn)速高，C6 鉆機最大鉆孔直徑225mm，對于鐵路隧道76、108、133 管棚的鉆探?jīng)]有任何問題，套管和單管作業(yè)模式可以滿足多種施工目的，內(nèi)桿和外桿同時鉆進,又可分開拆

5、卸,在管棚等施工中應(yīng)用可確保軟弱地層不塌孔。同時能實現(xiàn)鉆注一體化,對軟弱圍巖及高壓富水地帶的超前預(yù)加固施工非常便利。也可用于搶險救助時為被困人員通風(fēng)、送水、送物,對提高軟巖大斷面隧道的施工進度及確保施工安全起到積極的作用。三棱山隧道進口超前地質(zhì)預(yù)報及大管棚施工采用C6鉆機鉆注施工，安全高效，為順利進洞、打開工作局面起到了重要作用。在三棱山隧道進口掌子面開挖過程中,開挖作業(yè)線采用的是阿特拉斯 科普柯XL3D全液壓三臂鑿巖臺車進行鉆孔作業(yè)。該臺車適用于隧道掘進、洞室開挖及地下廠房開挖等各項地下鑿巖工作，可進行鉆爆孔、錨桿孔、掏槽孔、超前灌漿孔、管棚施工、裝藥、安裝錨桿、灌漿、安裝風(fēng)管等高空作業(yè)。臺

6、車為輪式行走，四輪驅(qū)動，帶有一個服務(wù)平臺，鉆臂最大覆蓋面積可達178平方米，鉆孔直徑自41 毫米至102 毫米。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、強度高、調(diào)整和維修簡單、方便，設(shè)備運行效率高、經(jīng)濟性好。臺車主要由底盤、鉆臂、推進梁、鑿巖機、服務(wù)平臺、液壓控制系統(tǒng)、空壓機、水泵等部分組成。該設(shè)備對于中、硬巖3.5m孔深，鉆進單孔時間基本為2分鐘以內(nèi)，而人孔鉆爆開挖則需要11分鐘。三臂鑿巖臺車采用液壓作為動力，鉆孔過程中不產(chǎn)生粉塵，清潔無污染，與普通人工風(fēng)鉆相比，噪音較小。操作平臺設(shè)有安全頂棚，可防止落石傷人和其他突發(fā)性危害，更有效地保證現(xiàn)場操作人員安全。三臂鑿巖臺車遠距離對大斷面軟巖施作超前小導(dǎo)管、系統(tǒng)錨桿等施

7、工,能垂直上向鑿眼，施工質(zhì)量好,安全風(fēng)險低。一臺三臂鑿巖臺車需要3個操作手、2個工人配合，鉆孔效率相當于15臺風(fēng)槍，16個工人作業(yè)。三臂鑿巖臺車總裝機功率200kw，而15臺風(fēng)槍需要3-4臺132kw空壓機供風(fēng)，人工開挖耗電量是三臂鑿巖臺車的2倍。噴錨作業(yè)線使用的是Sika-PM500PC 型混凝土噴射機組。該機組集車載移動系統(tǒng)、混凝土泵系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、空氣-水-添加劑系統(tǒng)為一體，通過可準確計量速凝劑的添加劑計量輸送裝置、保證精確噴射施工的噴射臂、有線遙控操作、FFH液壓混凝土泵送裝置等保證了設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、精確性和可控性。與傳統(tǒng)的小型濕噴機相比，濕噴機械手噴射速度快

8、，回彈損耗小，噴射面廣，受力均勻；自動化程度高,設(shè)備操作靈活, 噴射作業(yè)連續(xù)施工無間斷，減少了作業(yè)人員勞動強度。濕噴機械手只需1個人操作，2個人配合，一小時就能完成20 m3的混凝土噴射作業(yè)。而普通濕噴機需工人3人操作，每小時噴射混凝土僅為3m3，1.自行式仰拱棧橋項目部配備的自行式仰拱棧橋長度17米，該棧橋采用液壓控制，具備前、后、左、右移動功能，行走采用電控專用小車，整個棧橋就位無需人工鋪軌，不需要機械設(shè)備配合，3人即可操控，一次移橋時間僅為30分鐘。自動化程度及安全性高于目前已知各類棧橋。普通棧橋移橋需要一臺裝載機、一臺挖掘機配合，移橋、調(diào)整需要1.5小時才能完成。不但占用機械設(shè)備還增加

9、了工序時間。2.仰拱桁架傳統(tǒng)的仰拱模板安裝采用小模板，現(xiàn)場用錨固鋼筋支撐和拼裝，安裝時間長，錯臺易超限，無法保證仰拱混凝土的施工質(zhì)量。項目部采用的仰拱桁架在仰拱與二襯邊墻連接處設(shè)置寬2.5米的弧形整體模板，模板整體吊裝就位?；⌒文０宸謨刹糠纸M成，上部分長度1.5米，下部分長度1.0米，中間采用鉸接連接，仰拱澆筑完成后，把下部分模板提起來，直接澆筑仰拱填充混凝土，保證了仰拱與填充分次澆筑。2.仰拱桁架普通仰拱模板固定前需要焊接大量定位鋼筋，以級圍巖無仰拱鋼筋地段為例，安裝一板仰拱模板需要的定位鋼筋640公斤，焊接需要7小時，而且模板很難準確定位，造成仰拱與邊墻出現(xiàn)錯臺。采用仰拱桁架施工不需要定位

10、鋼筋，模板初步就位后，通過絲杠微調(diào)確保模板準確定位。既節(jié)省了施工成本又加快了施工速度。3.仰拱鋼端模為保證止水帶施工質(zhì)量，本隧道配置了仰拱鋼端模，止水帶夾在兩塊鋼模板之間，能夠保證止水帶順直、居中，起到了很好的止水效果。在止水帶外側(cè)鋼模板上焊有2cm1.5cm鋼條，拆模后預(yù)留槽用于安裝止水條。1.全液壓防水板鋪掛平臺本隧道采用的防水板鋪掛平臺為全液壓、電動控制，能夠上下、左右移動，外側(cè)設(shè)置環(huán)形槽道，鋪掛小車在環(huán)形槽道內(nèi)行走完成防水板鋪掛。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要由行走機構(gòu)系統(tǒng)總成、門架系統(tǒng)總成、作業(yè)平臺系統(tǒng)總成、拱圈系統(tǒng)總成、卷揚提升系統(tǒng)總成、液壓系統(tǒng)總成等六部分組成，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。通過設(shè)計拱

11、圈系統(tǒng)和卷揚機系統(tǒng)，將防水板固定在滾軸上，滾軸通過沿拱圈運動的小車固定，小車通過卷揚機提升，與液壓系統(tǒng)進行配合作業(yè)，將防水板沿著隧道開挖面運動，從而實現(xiàn)防水板鋪設(shè)的機械化作業(yè)；既加快了鋪掛進度，又避免了由于人工鋪設(shè)不平，造成焊縫寬窄不一，提高了鋪掛質(zhì)量。1.全液壓防水板鋪掛平臺全液壓防水板鋪掛平臺主要是能夠提高防水板鋪掛質(zhì)量，確保焊縫寬度符合要求。自從全液壓防水板鋪掛平臺投入使用后三棱山隧道進口防水板搭接寬度、氣密性試驗檢查一次合格率提高了5%。2.防水板超聲波焊接機防水板焊接采用超聲波焊接機，防水板超聲波焊接機通過超聲波發(fā)生器將220V、50Hz電流轉(zhuǎn)換成28KHz高壓電能，再將電能通過超聲

12、波換能器轉(zhuǎn)變成為超聲能，能量通過焊頭直接傳導(dǎo)到防水板上，使熱熔墊圈與防水板接合面劇烈摩擦后熔化，焊接強度可與本體相媲美。3.止水帶焊接機采用止水帶熱熔焊機進行止水帶焊接，分為熱熔焊機預(yù)熱、止水帶打磨、安裝橡膠薄片、熱熔焊接四個步驟。焊接效果好，止水性強。 二襯臺車采用鋼端模。該端模采用雙片式設(shè)計，下片寬20cm，上片寬10cm，中間止水帶固定模板高5cm，固定鋼板采用螺栓連接，錨栓孔到外邊長度15cm，正好是止水帶寬度的1/2。鋼端模通過鋼筋與焊接在臺車端部的螺母連接。 通過二襯鋼端模的使用，一次解決了止水帶安裝、固定難題，避免了止水帶施工中出現(xiàn)的穿孔、不居中、損壞等，增強了施工縫防水保障能力

13、。 1.隧道機械化施工是今后發(fā)展方向目前，C6超前鉆機、濕噴機械手使用越來越廣泛，特別是濕噴機械手已經(jīng)在隧道施工中廣泛推廣，一些隧道施工隊寧愿一次投入上百萬也要買濕噴機械手。三臂鑿巖臺車在鐵路隧道中正處在試驗摸索階段，并呈現(xiàn)出加速推廣趨勢，今后鐵路隧道設(shè)計應(yīng)用三臂鑿巖臺車施工隧道會越來越多，誰掌握了隧道機械化施工，可以說誰就掌握了隧道施工市場的主動權(quán)。 2.機械化施工必須重視機械設(shè)備管理為更好地應(yīng)用好隧道施工機械化設(shè)備，項目部必須實行定人、定機、定操作規(guī)程、定管理制度和先培訓(xùn)后上崗的管理制度，確保操作人員掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能和工作原理，做好設(shè)備運轉(zhuǎn)記錄、機械保養(yǎng)維修記錄的填制工作，動態(tài)了解設(shè)備的實際運行情況，保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)和施工進度的穩(wěn)定。 3.集思廣益，改進機械化工裝為改進隧道機械化施工裝備，項目部先后到沈陽、成都、凌源、昆明等地參觀考察，借鑒了兄弟單位大量經(jīng)驗，并召開了多次研討會，對工裝設(shè)計方案進行研究改進，通過不斷摸索，共同努力，設(shè)計了相對適用的隧道工裝，提高了施工質(zhì)量和工作